(57)【要約】【課題】脱窒菌を用いた生物化学的脱窒処理において、比較的に少量の脱窒基材の使用により最大限の脱窒効果を発揮できるようにするとともに、長期に亘りその効果を維持可能とする。【解決手段】脱窒装置１は、脱窒対象となる被処理水を貯水可能な槽２内に、水流を生起させるため吐出口を上方に向けて設置した水中ポンプ３を沈設するとともに、水面に浮かぶ浮体４，４…を支持体として、ネット、籠又は網等に収容された、硫黄酸化細菌を担持させた脱窒基材５，５…を吊持した構造とする。前記脱窒基材５は、炭酸カルシウムまたはこれを主成分とする物質と、硫黄との２種を共存させた粒状又は塊状組成物を用いるようにする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱窒対象の被処理水を貯水可能な槽内に、水流を生起させるための水中ポンプを沈設するとともに、浮体を支持体として、脱窒菌を担持させた脱窒基材を吊持したことを特徴とする脱窒装置。
【請求項２】
前記脱窒菌として硫黄酸化細菌を用いる請求項１記載の脱窒装置。
【請求項３】
前記水中ポンプは吐出口を上方に向けて設置してある請求項１、２いずれかに記載の脱窒装置。
【請求項４】
前記浮体は、中空体又は樹脂発泡体を用いる請求項１〜３いずれかに記載の脱窒装置。
【請求項５】
前記脱窒基材は、炭酸カルシウムまたはこれを主成分とする物質と、硫黄との２種を共存させた粒状又は塊状組成物を用いる請求項２〜４いずれかに記載の脱窒装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水中の硝酸性窒素を効率的に除去可能とした脱窒装置に係り、詳しくは長期に亘り脱窒除去能力を維持可能とした脱窒装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、硝酸性窒素の除去方法として、従属栄養性脱窒法と独立栄養性脱窒法とが知られている。前者の従属栄養性脱窒法は、メタノールや汚泥中の有機炭素源を水素供与体として与え脱窒を行わせる方法であり、後者の独立栄養性脱窒法は硫黄や硫黄化合物を用い、この硫黄、硫黄化合物に繁殖する硫黄酸化細菌により脱窒を行わせる方法である。脱窒効率の点からすると、前者の従属栄養性脱窒法はメタノール等の有機炭素源が脱窒に寄与する目的微生物以外の分解系の影響を受けるため脱窒効率が悪くなるとともに、メタノール等の有機炭素源を過剰に与えなければならないなどの問題があり、近年は脱窒効率に優れた後者の方法が専ら採用されるようになっている。
【０００３】
前記独立栄養性脱窒法、すなわち硫黄酸化細菌による脱窒反応を維持継続していくためには、下記非特許文献１によれば、硫黄酸化細菌の増殖を促すことが不可欠であること、そして栄養源である硫黄の供給の他、菌体合成に必要な炭素源を確実に供給すること、微生物活性を維持するためにｐＨ値を概ね７以上にしなければならないことが重要であると記載されている。
【０００４】
従って、例えば下記特許文献２等では、炭素源として炭酸カルシウムからなる大理石を用いて窒素を除去するようにし、また下記特許文献３では炭素源として炭酸水素ナトリウムまたは炭酸カルシウムを補給し脱窒を行う方法が開示されている。
【０００５】
しかしながら、従来の独立栄養性脱窒法の場合には、炭素源を処理対象の硝酸性窒素量に見合った量だけ補給しなければならず、かつｐＨの管理が著しく煩雑であるなどの問題があった。
【０００６】
そこで、これらの問題点を一挙に解決し得るものとして、下記特許文献４では、炭酸カルシウム及び硫黄が共存する粒状物又は塊状物を微生物活性付与組成物として用いる脱窒方法が提案されている。この脱窒法は、硫黄酸化細菌の栄養源である硫黄と菌体合成に必要な炭素源を同一組成物内にほぼ同量共存させることにより、炭素源の供給を必要とせずに効率よく脱窒を行わせることを可能とした方法であり、かつ脱窒系内で生成されるカルシウムイオンと硫酸イオンはほぼ同量で、常に略中性を保つためｐＨ低下による脱窒能の低下が起こらないという利点を備えている。更に、下記特許文献５には、上記特許文献４の改良技術に係り、炭酸カルシウムと硫黄のみの組成物に比較して１．５〜２．５倍の脱窒機能を発揮し、かつより高濃度の硝酸性窒素をも脱窒可能とするために、炭酸カルシウムを主成分とする物質と、硫黄とを主要組成に、微細孔隙を有する物質を共存させた粒状物又は塊状物が提案されている。更に、下記特許文献６には、渇水時にも排水との接触が可能で常時高い脱窒率を維持できるように、炭酸カルシウム含有物質及び硫黄が共存する硝酸性窒素脱窒基質と鉱物繊維との混合物からなる硝酸性窒素脱窒用活性化材が提案されている。
【０００７】
【非特許文献１】
硫黄脱窒法による実地下水からの硝酸性窒素除去、第４９回全国水道研究発表会  平成１０年５月、講演集ｐ２３８〜２３９  社団法人日本水道協会
【特許文献２】
特公平４−９１１９号公報
【特許文献３】
特開平４−１５１０００号公報
【特許文献４】
特開平１１−２８５３７７号公報
【特許文献５】
特開２０００−９３９９７号公報
【特許文献６】
特開２００１−４７０８６号公報
【特許文献７】
特開２００３−３３７９４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献４〜６に係る微生物活性能付与組成物、硝酸性窒素脱窒基質、硝酸性窒素脱窒用活性化材（以下、まとめて炭素源含有硫黄造粒物という。）は、例えば上記特許文献７に記載されるように、下部側に被処理水の流入口を備え、上部側に処理水の排出口を備えた密閉容器内に炭素源含有硫黄造粒物を充填し、前記流入口から被処理水を供給し、硫黄酸化細菌と接触させることにより硝酸塩を含む処理水から脱窒反応により窒素を除去するようにしているが、かかる方法の場合には、以下のような問題があった。
【０００９】
▲１▼固形の炭素源含有硫黄造粒物を充填すると、炭素源含有硫黄造粒物の体積充填率が大きく滞留時間が短くなる。
【００１０】
▲２▼炭素源含有硫黄造粒物の過密充填によって、内部で発生した窒素ガスが抜けず、水道の発生により脱窒効果が低下する。
【００１１】
▲３▼炭素源含有硫黄造粒物による脱窒過程で、多量の硫酸イオンが発生し、その中和塩として石膏が生成され、この石膏によって炭素源含有硫黄造粒物が固形化し表面を覆い、最終的には極端に脱窒効果が低下してしまう。また、この段階までくると、容器に充填した炭素源含有硫黄造粒物を取り除くことさえ困難となる。
【００１２】
▲４▼炭素源含有硫黄造粒物が他の脱窒材と比較すると高価であり、容器中を完全に炭素源含有硫黄造粒物で充填すると、材料費が膨大となる。
【００１３】
そこで本発明の主たる課題は、上記問題点に鑑み、容器充填型処理に比べると、比較的に少量の脱窒基材の使用により最大限の脱窒効果を発揮できるようにするとともに、長期に亘りその効果を維持可能とした脱窒装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、脱窒対象の被処理水を貯水可能な槽内に、水流を生起させるための水中ポンプを沈設するとともに、浮体を支持体として、脱窒菌を担持させた脱窒基材を吊持したことを特徴とする脱窒装置が提供される。
【００１５】
上記請求項１記載の本発明では、浮体に、脱窒菌を担持させた脱窒基材を吊持し、かつ槽内に水流を生起させるために水中ポンプを沈設するようにした。従って、水槽内に脱窒基材を浸漬状態で設置するようにしたため、脱窒基材に被処理水を十分に接触させることが可能になるため、前述の容器充填型処理に比べると、比較的少量の脱窒基材の使用により最大限の脱窒効果を発揮できるようになる。
【００１６】
一方で、このような脱窒方法を採用した場合には、分解された窒素ガスが大量に発生し、この気泡が脱窒基材の表面に付着し水との間に境界面を生成することにより、被処理水が脱窒菌と接触できなくなり、脱窒効率が著しく低下することが知見された。
【００１７】
そこで本発明では、好ましくは吐出口を上方に向けた水中ポンプを水中に沈設するとともに、脱窒基材を浮体に吊持するようにし、例えば間欠的に前記水中ポンプを運転することにより水流を発生させ、水面変動により前記浮体を縦方向に揺らすことにより、脱窒基材の表面に付着した窒素ガスを除去するようにした。その結果、脱窒の進行とともに、脱窒基材の表面に付着した窒素ガスを除去可能となるため、脱窒基材と被処理水との接触が効果的に行われるようになり、長期に亘って脱窒反応を維持できるようになる。
【００１８】
請求項２に係る本発明として、前記脱窒菌として硫黄酸化細菌を用いる請求項１記載の脱窒装置が提供される。
【００１９】
脱窒を引き起こす細菌としては種々の細菌群が存在するが、硫黄酸化細菌を好適に使用することができる。
【００２０】
請求項３に係る本発明として、前記水中ポンプは吐出口を上方に向けて設置してある請求項１、２いずれかに記載の脱窒装置が提供される。吐出口を上方に向けて水中ポンプを設置することにより、水流の生起と共に水面波により浮体を上下方向に振幅させることにより、その振動によって窒素ガスを効果的に除去可能となる。
【００２１】
請求項４に係る本発明として、前記浮体は、中空体又は樹脂発泡体を用いる請求項１〜３いずれかに記載の脱窒装置が提供される。
【００２２】
請求項５に係る本発明として、前記脱窒基材は、炭酸カルシウムまたはこれを主成分とする物質と、硫黄との２種を共存させた粒状又は塊状組成物を用いる請求項２〜４いずれかに記載の脱窒装置が提供される。脱窒基材としては、炭素源と硫黄とを共存させることにより、炭素源の添加が不要としながら、単に被処理水中に浸漬させるだけで効果的な脱窒が図れるようになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
図１は本発明に係る脱窒装置１の断面図である。
【００２４】
本脱窒装置１においては、脱窒対象となる被処理水を貯水可能な水槽２内に、水中ポンプ３を沈設するとともに、水面に浮かぶ浮体４，４…を支持体として、ネット、籠又は網等の大部分を開口とする収容体に収容された、硫黄酸化細菌を担持させた脱窒基材５を吊持したものである。
【００２５】
前記水中ポンプ３としては、吐出口を好ましくは上方に向けて水槽２の底面に設置するのが望ましい。また、水深が深く吐出流によって生起される水面波が小さ過ぎるような場合には架台を槽底部に設置し、その架台上に設置するのが望ましい。なお、図示例では水槽２の中央に沈設したが、中央から偏倚した位置に設置するようにしてもよい。
【００２６】
前記浮体４は、例えば浮力があり、脱窒基材５、５…を吊持した状態でも水面に浮かぶものであればどのようなものを用いてもよい。具体的には、プラスチック中空体や樹脂発泡体などを好適に用いることができる。なお、前記浮体４は水面に浮かぶものが好ましいが、水中に浮いている状態であってもよい。
【００２７】
前記浮体４によって吊持され脱窒被処理水中に浸漬状態で設置される脱窒基材５は、硫黄酸化細菌を担持させた脱窒基材であり、粒状又は塊状を成し、ネット、籠又は網等に収容された状態で前記浮体４に吊持される。なお、図示例では被処理水との接触を良好とするために、網内に脱窒基材５を収容したものを数珠状に連設し、これを１ユニットとして前記浮体４に吊持させるようにしている。
【００２８】
前記脱窒基材５としては、好適に使用できるものは、炭酸カルシウムまたはこれを主成分とする物質と、硫黄との２種を共存させた粒状又は塊状組成物である。具体的には、前記特許文献４〜６に記載された炭素源含有硫黄造粒物が最も好適である。この炭素源含有硫黄造粒物によれば、硫黄酸化細菌の栄養源である硫黄と菌体合成に必要な炭素源を同一組成物内にほぼ同量共存させることにより、炭素源の供給を必要とせず単に被処理水中に浸漬させ、硝酸塩と接触させるだけで効率よく脱窒を行わせることが可能となる。なお、この炭素源含有硫黄造粒物は新日鐵化学株式会社より入手が可能である。
【００２９】
前記炭素源含有硫黄造粒物に担持される硫黄酸化細菌は、Ｔｈｉｂａｃｉｌｌｕｓ  ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ（チオバチルス・デニトリフィカンス）単離菌株又はＴｈｉｂａｃｉｌｌｕｓ  ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ等を含む土壌細菌群であり、水中の溶存酸素が少ない状態下においてＣＯ２を炭素源、単体硫黄を電子供与体、そして排水中のＮＯ３などのＮＯＸを電子受容体として増殖する微生物で、この時ＮＯＸはＮ２にまで還元され水中から除去される。
【００３０】
前記炭素源含有硫黄造粒物の必須成分となる、炭酸カルシウム又は炭酸カルシウムを主成分とする物質としては、例えば炭酸カルシウム、石灰岩粉末および破砕物、貝類の殻粉末および破砕物、貝化石粉末および破砕物、ドロマイト粉末および破砕物、サンゴ粉末および破砕物などの１種又は２種以上を用いることができる。
【００３１】
また、前記炭素源含有硫黄造粒物の必須成分となる、硫黄としては、例えば石油脱硫や石炭脱硫プラントの回収硫黄や、天然硫黄などを用いることができ、その形態は粉末、粒状等の固体硫黄でも良いし、溶融硫黄であってもよい。
【００３２】
前記炭素源含有硫黄造粒物は、炭酸カルシウム又は炭酸カルシウムを主成分とする物質、および硫黄の他、微細孔隙物質または鉱物繊維を共存させてもよい。
【００３３】
前記微細孔隙を有する物質としては、例えば珪藻土、珪藻土焼成物、凝灰岩、坑火石、パーライト、真珠岩、有孔隙セラミック、レンガ、ＡＬＣ、軽石、ポゾラン、シラス、シラスバルーン、膨張頁岩焼成物、アタパルジャイト、セピオライト、クリストバライト、セリサイト、酸性白土、イライト、木炭、ヤシガラ炭、籾殻燻炭、石炭、竹炭、活性炭、火山灰、土壌、フライアッシュ、サンゴ粉末および破砕物、貝類の殻粉末および破砕物を用いることができる。微細孔隙を有する物質を共存させることにより、微細孔隙が硫黄酸化細菌の定着場となるので脱窒が効率的に行われるようになる。
【００３４】
前記鉱物繊維としては、例えばロックウール、グラスウール、セラミックウール、炭素繊維などの１種又は２種以上を用いることができる。鉱物繊維を混入することにより、保水性が維持され、水面上に脱窒基材が露出した場合でも硫黄酸化細菌が死滅することが無くなる。
【００３５】
前記炭素源含有硫黄造粒物は、炭酸カルシウム、又はこれを主成分とする物質と、硫黄と、場合によっては更に微細孔隙を有する物質とを混合した後、硫黄を１１２〜１２５℃程度の温度で加熱溶融した後、急冷固化させ、その固化物を破砕又は造粒することにより得ることができる。
【００３６】
かかる脱窒装置１においては、脱窒基材５に担持された硫黄酸化細菌により脱窒被処理水中の硝酸性窒素が窒素ガスまで分解され除去されることになるが、この大量に発生した窒素ガスが脱窒基材５の表面に付着し、これが成長して徐々に表面を覆うようになると炭素源含有硫黄造粒物と補処理水との間に界面を形成し、双方の接触を妨げるようになり、脱窒反応が極端に低下するようになる。
【００３７】
そこで、前記水中ポンプ３を間欠的又は連続的、好ましくは間欠的に運転し、水流の発生のみならず、生起された水面波によって浮体４，４…を上下方向に振幅させることにより、炭素源含有硫黄造粒物の表面に付着した窒素ガスを振動により除去することにより、長期に亘って脱窒効果を維持することが可能となる。
【００３８】
〔他の形態例〕
（１）上記形態例では脱窒基材に担持される細菌種として硫黄酸化細菌を用いたが、使用される細菌はこれに限定されず、脱窒を起こす細菌（脱窒菌）であればどのような細菌であってもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳説のとおり本発明によれば、脱窒菌を用いた生物化学的脱窒処理において、容器充填型処理に比べると、比較的に少量の脱窒基材の使用により最大限の脱窒効果を発揮できるようになるとともに、長期に亘りその効果を維持可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る脱窒装置１の断面図である。
【符号の説明】
１…脱窒装置、２…水槽、３…水中ポンプ、４…浮体、５…脱窒基材
【図１】
2005007296.tif 000003